[发明专利]用于高速吸气式发动机的中心进气换热器

说明书

本公开提供了一种用于高速吸气式发动机的中心进气换热器，包括换热器本体及换热芯体，所述换热器本体包括方形进气道、芯体安装部及出气道，所述方形进气道、所述芯体安装部及所述出气道依次连接，若干所述换热芯体安装于所述芯体安装部的内壁四周，所述芯体安装部轴向中心设有气室，所述换热芯体与所述芯体安装部之间设有环形通道，所述换热器还包括模式转换阀，所述模式转换阀设于所述芯体安装部与所述出气道之间的连接处。本公开针对现有主流飞机的方形进气道，设计与之相适应的预冷换热器结构。

技术领域

本公开涉及高速发动机预冷换热器的领域，尤其涉及一种用于高速吸气式发动机的中心进气换热器。

背景技术

飞行器的高速化具有极其重要的军用和民用价值。

航空涡轮发动机具有的水平起降、可重复使用和高比冲的特点，使其成为高速飞行器的优选方案。目前有主要方案是采用进气预冷，即通过预冷换热器或喷水装置将涡轮机进口温度降低，抵消高速飞行时气动加热效应造成的进气温度升高，使涡轮机可以在更高的速度下飞行。

英国RE I公司的“弯刀”和“佩刀”发动机的预冷系统最有代表性，US10,012,177B2公布了其预冷发动机的系统设置，其缺点是发动机系统非常复杂，而且预冷换热器内部采用超临界氦作为中间循环工质，压力高达200bar，对加工工艺提出了苛刻的要求。中国专利CN109372657A、CN105275662B、CN107939528A公布了类似的系统构成。英国RE I公司的“弯刀”和“佩刀”发动机的预冷器共由16000根薄壁换热毛细管组成，换热毛细管直径仅为0.88mm，壁厚0.04mm，总长达到20km；内部为超临界氦作为冷却剂，具有极高的内部压力。换热系数与通道直径成反比，毛细管直径减小使其具有极强的冷却能力，但其缺点是加工难度大，尤其是对毛细管的焊接工艺提出极高的要求，因为一方面管内部压力大、另一方面毛细管壁厚极小。密布的毛细管焊点对焊接技术提出了巨大的挑战。

中国发明CN107218133A公开了一种预冷吸气式发动机用高效紧凑预冷换热器，原理上与英国RE I公司的非常接近。只是内部冷却流体的流动方向不同。如前面分析，毛细管式换热器的加工难度和成本限制了该技术的发展。

目前国内外在研的预冷换热器，大多是参考英国RE I公司这种类似“游泳圈”的圆环结构的换热器，高温气体从外部沿径向穿过换热器，与之匹配的是带有进气锥的环形进气道。在当前，最为常见的进气道是没有进气锥的方形进气道，目前尚未有与之匹配的换热器结构。

发明内容

本公开提供了一种用于高速吸气式发动机的中心进气换热器，针对现有主流飞机的方形进气道，设计与之相适应的预冷换热器结构。

根据本公开的一个方面，一种用于高速吸气式发动机的中心进气换热器，包括换热器本体及换热芯体，所述换热器本体包括方形进气道、芯体安装部及出气道，所述方形进气道、所述芯体安装部及所述出气道依次连接，若干所述换热芯体安装于所述芯体安装部的内壁四周，所述芯体安装部轴向中心设有气室，所述换热芯体与所述芯体安装部之间设有环形通道，所述换热器还包括模式转换阀，所述模式转换阀设于所述芯体安装部与所述出气道之间的连接处；

当发动机在低速下工作时，所述模式转换阀为打开状态，所述换热芯体被短接，空气气流沿轴向依次经过所述方形进气道、所述气室及所述模式转换阀直接进入涡轮发动机；

当发动机在高速下工作时，所述模式转换阀为关闭状态，空气气流从所述方形进气道进入所述气室后，分为若干股气流，各股气流向四周分别从若干所述换热芯体经过后，各股气流降温后经过所述环形通道后，再汇集至出气道，最后进入至涡轮发动机。

根据本公开的至少一个实施方式，所述芯体安装部为圆柱形。

根据本公开的至少一个实施方式，所述换热芯体为“古筝”形，四所述换热芯体安装于所述芯体安装部的内壁。

根据本公开的至少一个实施方式，所述模式转换阀为导流叶片式阀门。